Herstellung und Charakterisierung von Cellulose-basierten Lichtwellenleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Cordt Zollfrank
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514214757

Die vielfältigen positiven Eigenschaften des Biopolymers Cellulose begünstigen dessen Verwendung in optoelektronischen Geräten. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist die Herstellung und Charakterisierung von Cellulose-basierten Polymer-optischen Fasern für die Lichtwellenleitung. Dafür wird der Einfluss verschiedener Lösungsmittel auf die optischen Eigenschaften (Transmission, Absorption, Brechungsindex-Verlauf) der Regeneratcellulose untersucht. Dafür werden verschiedene Cellulose-Typen in den jeweiligen Lösungsmittelsystemen gelöst, über Diffusionsprozesse zu Regeneratcellulosefilmen koaguliert und optisch charakterisiert. Neben der reinen Cellulose werden auch diverse Cellulosederivate optisch untersucht. Ausgehend von den optischen Kennwerten können aus den jeweiligen Materialien Kern-Mantel Lichtwellenleiterstrukturen über einen Nassspinnprozess generiert werden. Hierfür wird gezielt eine Nassspinnapparatur entwickelt, die möglichst defektfreie Fasern aus Cellulose, als auch den Cellulosederivaten, für die Lichtwellenleitung herstellt. Über chemische Modifizierungen sollen die optischen Eigenschaften der Cellulose gezielt manipuliert werden, um die durch die Hydroxylgruppen verursachten Obertonschwingungen zu reduzieren, um somit den Dämpfungsverlauf gezielt anpassen zu können. Neben einer einfachen Kern-Mantel Struktur werden zusätzlich auch Vielkern-Mantel Strukturen aus den entwickelten Fasern produziert. Die optischen Fasern werden anschließend auf ihre Strahlungs-, Temperatur- und Feuchtigkeitsbeständigkeit überprüft. Zusätzlich werden die Fasern auf ihre biologische Abbaubarkeit mittels Respirometer getestet. Die Charakterisierung der hergestellten Cellulose-basierten Biopolymer optischen Fasern umfasst eine umfassende Analyse mittels Rasterelektronenmikroskopie und Lichtmikroskopie. Die optischen Eigenschaften, wie die Lichtwellenleitung, werden über UV/VIS- und NIR-Spektrometer bestimmt. Die Kristallinitäten werden mittels Röntgendiffraktion ermittelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen